Le trou noir supermassif (SMBH) au cœur de notre galaxie, Sagittarius A*, est de taille modeste avec seulement 4,15 millions de masses solaires. Le télescope Event Horizon (EHT) a récemment publié une image submillimétrique spectaculaire de celui-ci, illuminé par son environnement lumineux. De nombreuses galaxies ont des SMBH nucléaires mille fois plus gros, par exemple le noyau de M87, dont l’image a été prise par l’EHT en 2020. Mais SagA* est relativement proche de nous, seulement environ vingt-cinq mille années-lumière, et son la proximité offre aux astronomes une occasion unique de sonder les propriétés des SMBH.
Lorsque le gaz et la poussière s’accumulent lentement sur l’environnement chaud et semblable à un disque environnant d’un trou noir, ils rayonnent à travers le spectre électromagnétique. L’accrétion épisodique et les sursauts de rayonnement variables offrent des indices sur la nature de l’accrétion, les dimensions et les emplacements de chaque événement dans l’environnement complexe du trou noir (dans ou près du tore ? dans une certaine partie du vent ?), et comment les épisodes pourraient être liés les uns aux autres et aux propriétés du trou noir, son spin par exemple. Chaque longueur d’onde porte ses propres informations, et l’un des principaux outils de diagnostic est la différence de temps entre les éruptions à différentes longueurs d’onde qui retracent où se produisent les différents mécanismes de production dans l’explosion. Sag A* est suffisamment proche pour être surveillé aux longueurs d’onde radio depuis sa découverte dans les années 1950 ; en moyenne, Sgr A* accrète la matière à un taux très faible, quelques centièmes de masse terrestre par an, mais suffisamment pour produire une variabilité ainsi que des éruptions plus spectaculaires.
Les astronomes CfA Steve Willner, Giovani Fazio, Mark Gurwell, Joe Hora et Howard Smith et leurs collègues ont effectué une analyse temporelle d’observations coordonnées, simultanées dans le proche infrarouge, aux rayons X et submillimétriques de SagA* à l’aide de la caméra IRAC sur Spitzer, le l’observatoire à rayons X Chandra, la mission NuSTAR, ALMA et l’instrument GRAVITY sur le Very Large Telescope Interferometer ; la campagne a nécessité une planification de mission complexe et la réduction de plusieurs types d’ensembles de données. Des événements de torchage ont été observés entre le 17 et le 26 juillet 2019 (malheureusement, la SMA a été fermée à ce moment-là en raison de manifestations sur la montagne.) L’équipe note que l’activité de 2019 semble refléter un taux d’accrétion inhabituellement élevé. Alors que certains des événements ont été observés se produire simultanément, l’éruption submillimétrique (ALMA) est apparue environ 20 minutes après les éruptions infrarouges et à rayons X (Chandra).
Les scientifiques envisagent trois scénarios : l’émission infrarouge et de rayons X dans ces éruptions provient de particules chargées en spirale dans de puissants champs magnétiques ; l’infrarouge et le submillimétrique sont issus de ce premier processus, mais l’émission de rayons X s’est produite lorsque des photons infrarouges sont entrés en collision avec des particules chargées se déplaçant près de la vitesse de la lumière ; et enfin, que seul le rayonnement submillimétrique provenait du premier processus et que toutes les autres bandes étaient produites par le second. Malheureusement, les observations au sol ne peuvent pas être continues et, par conséquent, l’heure du pic de l’éruption d’émission submillimétrique n’a pas été observée, ce qui rend difficile de déterminer tout délai entre celle-ci et les rayons X qui pourraient signaler son apparition dans un emplacement différent ou d’un processus différent. L’équipe, combinant ses résultats avec des études de variabilité antérieures, trouve une image cohérente dans laquelle l’infrarouge et les rayons X proviennent du second processus suivi d’une émission submillimétrique du premier dans un plasma magnétisé en expansion et en refroidissement.
La recherche a été publiée dans Le Journal Astrophysique.
H. Boyce et al, Variabilité multi-longueurs d’onde du Sagittaire A * en juillet 2019, Le Journal Astrophysique (2022). DOI : 10.3847/1538-4357/ac6104